[发明专利]基于太阳能的无线土壤水分传感器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种土壤水分传感器，具体涉及一种基于太阳能的无线土壤水分传感器。

背景技术

土壤含水率是精准农业中必需检测的一个参数。目前测定土壤水分的方法归纳起来有两大类，一类是变动位置取样测定（如烘干称质量法等），另一类是原位测定（如中子法、γ 射线法、时域反射仪法、频域发射仪法、传感器法等）。烘干称质量法原理简单，精度高，但不能在田间实时连续监测。中子法和 γ 射线法虽可在室外快速准确监测，但是存在放射性物质危害人体健康。目前市场上的土壤水分传感器可在野外实现实时测量，但只能实现单点测量或通过总线实现测量结果的传输。要实现多点实时检测，需要布置大量的通讯电缆。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于太阳能的无线土壤水分传感器，能够实现 0～30%间的土壤质量含水率的测量，相对误差小于 10%。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：基于太阳能的无线土壤水分传感器，包括多晶硅太阳能电池、充放电控制电路、备用电源、单片机、无线收发模块、整流滤波电路、探针式水分传感器和信号调节电路，单片机、分别与充放电控制电路、无线收发模块、信号调节电路相连，信号调节电路通过探针式水分传感器与整流滤波电路相连，充放电控制电路分别与多晶硅太阳能电池、备用电源相连。

所述的整流滤波电路与单片机的A/D转换器相连。

本发明采用电场法检测土壤质量含水率，利用 Zigbee 技术构建无线传感网络实现数据传送。利用多晶硅太阳能电池收集太阳能并存储于备用电源中，实现对系统供电。通过合理的充放电管理，能有效地延长备用电源寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

    图1为本发明的结构示意图；

    图2为本发明的系统工作流程图。

  

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：多晶硅太阳能电池1、充放电控制电路2、备用电源3、单片机4、无线收发模块5、整流滤波电路6、探针式水分传感器7和信号调节电路8，单片机4、分别与充放电控制电路2、无线收发模块5、信号调节电路8相连，信号调节电路8通过探针式水分传感器7与整流滤波电路6相连，充放电控制电路2分别与多晶硅太阳能电池1、备用电源3相连。

所述的整流滤波电路6与单片机4的A/D转换器41相连。

本具体实施方式多晶硅太阳能电池采用滴胶多晶硅太阳能电池板，其开路电压为 5 V、短路电流为 50 mA，用于收集太阳能。备用电源，其标称电压为 3.7 V，充电限制电压为 4.2 V，用于存储多晶硅太阳能电池收集到的能量。充放电控制电路实现备用电源的充放电控制并提供电池的状态信息，并将备用电源电压经降压稳压后为整个系统供电。采用专用波形发生芯片 AD9850 来产生 50 MHz，电压幅值 3.3 V 的正弦信号，AD9850 在 5 V 工作电压下最高能发生 125 MHz 的正弦波，通过串行方式与单片机接口。探针式水分传感器采用不锈钢板制成，尺寸为长 200 mm，宽27.5 mm，厚 4 mm，探针式水分传感器间距 70 mm。整流滤波电路实现对高频信号的整流滤波，得到直流电压信号，以进行A/D 转换。Zigbee 无 线 收 发 模 块 采 用 CC2430。该模块采用芯片MRF24J40构成，同时集成了无线传输所必需的外围器件和天线，省去了复杂的天线匹配设计与射频电路的设计，提高了系统的可靠性。结合microchip公司的MiWi(TM) IEEE 802.15.4无线网络协议栈，可实现无线传感网络的组网及数据的传输。单片机是整个系统的控制核心，实现高频信号发生电路的控制与输出电压的检测、含水率的计算、电池的监控与管理、无线传感网络协议栈的运行等，型号为ATMEGA8L-8PU，具有 8k 字节程序存储器，512 字节数据存储器，内部集成振荡器，A/D 转换器等，当处于休眠状态时，消耗电流为 100 nA。使用该单片机可以减少很多外围器件，在提高可靠性的同时，降低了成本与功耗。

本具体实施方式为降低功耗，系统采用间歇工作方式，定时检测发送土壤含水率，并监控一次备用电源状态。在休眠状态，单片机看门狗定时器保持工作，利用该定时器溢出，唤醒系统工作一次，工作流程如图 2所示。